Effective Modern C++[实践]-＞优先使用nullptr,而非0或NULL

优先使用nullptr

• 回看旧识
• • 空指针
  • `void*`
  • • 在`c++`中必须显式地将`malloc`的返回值类型转换为`(int *)`。
    • 不知`void *`所指，如何强转
    • `void*` 不能直接解引用
    • ` C`标准不允许使用空指针进行指针算术运算。
    • void *与空指针（null pointer）区别?
  • `NULL`
  • • `C`中说明
    • `c++`中说明
  • `nullptr`
  • `std::nullptr_t`
• 拥抱`nullptr`
• • 避免重载决议
  • 让模板更清晰
• 参考文献

1. 优先使用 nullptr，而不是 0 和 NULL
2. 避免在整数和指针类型上重载

回看旧识 空指针

空指针(null pointer)不指向任何对象，在试图使用一个指针之前代码可以首先检查它是否为空，以下是几个生成空指针的方法。

int *p1 = nullptr;//等价于int *p1=0;
int *p2 = 0; //直接将p2初始化为字面常量0
//需要首先#include
int *p3 = NULL;//等价于int *p3 = 0;

void*

1. void *也称为泛型指针，是一种特殊的指针类型，可用于存放任意对象的地址即可以指向任何数据类型的对象。
2. void *是没有关联数据类型的指针。 void *可以保存任何类型的地址，并且可以转换为任何类型。
3. malloc() 和calloc() 返回void * 类型，并且这允许使用这些函数来分配任何数据类型的内存（仅仅因为void*）。
4. void指针像普通指针一样声明，使用void关键字作为指针的类型：void* ptr;

示例

int nValue;
float fValue;
struct Something{
    int n;
    float f;
};
Something sValue;
void* ptr;
ptr = &nValue; // valid
ptr = &fValue; // valid
ptr = &sValue; // valid

在c++中必须显式地将malloc的返回值类型转换为(int *)。

C允许将void*指针赋值给任何指针类型，而不需要强制转换，而在c++中则不可以。在c++中，必须显式地对void*指针进行类型转换

例如，以下内容在C中是有效的，但在c++中可以:

void* ptr;
int *i = ptr; // 从void*到int*的隐式转换

类似地，

int *j = malloc(sizeof(int) * 5);  // 从void*到int*的隐式转换

为了使上述代码在c++中也能编译，我们必须使用显式类型转换，如下所示，

void* ptr;
int *i = (int *) ptr;
int *j = (int *) malloc(sizeof(int) * 5);

不知void *所指，如何强转

#include 
#include 

enum class Type{
    tInt, // 注意:我们不能在这里使用“int”，因为它是一个关键字，所以我们将使用“tInt”
    tFloat,
    tCString
};

void printValue(void* ptr, Type type){
    switch (type){
    case Type::tInt:
        std::cout << *static_cast(ptr) << 'n'; 
        break;
    case Type::tFloat:
        std::cout << *static_cast(ptr) << 'n'; 
        break;
    case Type::tCString:
        std::cout << static_cast(ptr) << 'n'; 
        break;
    default:
        assert(false && "type not found");
        break;
    }
}

int main(){
    int nValue{ 5 };
    float fValue{ 7.5f };
    char szValue[]{ "Mollie" };

    printValue(&nValue, Type::tInt);
    printValue(&fValue, Type::tFloat);
    printValue(szValue, Type::tCString);

    return 0;
}

运行结果

5
7.5
Mollie

void* 不能直接解引用

因为void指针不知道它所指向的对象类型，所以解除对void指针的引用是非法的。相反，在执行解引用之前，必须首先将void指针转换为另一种指针类型。

下述代码无法通过编译

#include 
using namespace std;
 
int main(){
    int a = 10;
    void* ptr = &a;
    cout << *ptr;
    return 0;
}

编译报错如下：

source>: In function 'int main()':
:8:13: error: 'void*' is not a pointer-to-object type
    8 |     cout << *ptr;
      |             ^~~~

如欲取址修改如下，此项必须确保转换后所得的类型就是指针所指的类型，类型一旦不符，将产生未定义的后果。

#include 
using namespace std;
 
int main(){
    int a = 10;
    void* ptr = &a;
    int *ptr1 = static_cast(ptr);
    cout << *ptr1;
    return 0;
}

运行结果如下：

10

C标准不允许使用空指针进行指针算术运算。

不可能对void指针进行指针运算。 这是因为指针运算需要指针知道它所指向的对象大小，因此它可以适当地递增或递减指针。

在GNU C中，考虑到void的大小为1是允许的。

• 在GNU C中，对指向void的指针和指向函数的指针支持加减操作。这是通过将void或函数的大小视为1来实现的。
• 这样做的结果是，在void和函数类型上也允许sizeof，并返回1。
• 选项-Wpointer-arith会在使用这些扩展时发出警告。

void *与空指针（null pointer）区别?

void指针可以指向任何类型的对象，但不知道它指向的是什么类型的对象。void指针必须显式转换为另一种类型的指针才能执行间接转换。空指针是指不指向地址的指针。void指针可以是空指针。因此，void指针指的是指针的类型，而null pointer指的是指针的值(地址)。

NULL C中说明

宏 NULL 是实现定义的空指针常量，可为

1. 值为 ​0​ 的整数常量表达式
2. 转型为 void* 的值为 ​0​ 的整数常量表达式

空指针常量能转换为任何类型；转换结果是该类型的空指针值。
可能的实现

// 兼容 C++ ：
#define NULL 0
// 不兼容 C++ ：
#define NULL (10*2 - 20)
#define NULL ((void*)0)

c++中说明

宏 NULL 是实现定义的空指针常量，可为

1. 求值为零的整数类型字面常量表达式右值 (C++11 前)
2. 零值整数字面量，或为 std::nullptr_t 类型纯右值(C++11 起)

空指针常量可以隐式转换为任何指针类型；这种转换结果是该类型的空指针值。若空指针常量拥有整数类型，它亦可转换为 std::nullptr_t 类型纯右值。
c++中可能的实现

#define NULL 0
// C++11 起
#define NULL nullptr

C 中，宏 NULL 可以拥有类型 void* ，但这在 C++ 中不允许。

nullptr

考虑下面这两个foo函数：

void foo(char*);
void foo(int);

那么 foo(NULL); 这个语句将会去调用 foo(int)，从而导致代码违反直觉。为了解决这个问题，C++11引入了nullptr关键字，专门用来区分空指针、 0。

关键词 nullptr 代表指针字面量。它是 std::nullptr_t 类型的纯右值。存在从nullptr到任何指针类型及任何成员指针类型的隐式转换。同样的转换对于任何空指针常量也存在，空指针常量包括 std::nullptr_t 的值，以及宏 NULL。

#include 
#include 
 
template
constexpr T clone(const T& t){
    return t;
}
 
void g(int*){
    std::cout << "函数 g 已调用n";
}
 
int main(){
    g(nullptr);        // 良好
    g(NULL);           // 良好
    g(0);              // 良好
 
    g(clone(nullptr)); // 良好
//  g(clone(NULL));    // 错误：非字面量的零不能为空指针常量
//  g(clone(0));       // 错误：非字面量的零不能为空指针常量
}

std::nullptr_t

typedef decltype(nullptr) nullptr_t;(C++11 起)
std::nullptr_t 是空指针字面量 nullptr 的类型。它是既非指针类型亦非指向成员指针类型的独立类型。

#include 
#include 
 
void f(int*){
   std::cout << "Pointer to integer overloadn";
}
 
void f(double*){
   std::cout << "Pointer to double overloadn";
}
 
void f(std::nullptr_t){
   std::cout << "null pointer overloadn";
}
 
int main(){
    int* pi {}; double* pd {};
 
    f(pi);
    f(pd);
    f(nullptr); // 无 void f(nullptr_t) 可能有歧义
    // f(0);    // 歧义调用：三个函数全部为候选
    // f(NULL); // 若 NULL 是整数空指针常量则为歧义
                // （如在大部分实现中的情况）
}

拥抱nullptr 避免重载决议

文中开头第2条，不要在指针和整形之间做重载，对c++那个版本都是适用的准则。这样可以规避重载决议，但nullptr会是更好的选择。
示例见第一章的nullptr小节

让模板更清晰

示例如下：

#include 

int func(void *ptr){
    return 0;
}
template
decltype(auto) Call(FuncType func,PtrType ptr) {
    return func(ptr);
}
int main(){
    // auto r1 = Call(func,0);// error: invalid conversion from 'int' to 'void*'
    // auto r2 = Call(func,NULL);//error: invalid conversion from 'long int' to 'void*'
    auto r3 = Call(func,nullptr);
    return 0;
}

auto r3 = Call(func,nullptr);实例后的函数如下

template<>
int Call(int (*func)(void *), nullptr_t ptr)
{
  return func(ptr);
}

参考文献

[1] C 语言中 void* 详解及应用
[2] How does ‘void*’ differ in C and C++?
[3] Should the compiler warn on pointer arithmetic with a void pointer?
[4] 11.14 — Void pointers